Четыре основных вида описания системы на базе четырёх способов разбиения системы

Четыре основных вида описания системы на базе четырёх способов разбиения системы

Системное мышление предусматривает множество описаний системы, и в этом оно ничем не отличается от общефилософской/онтологической идеи о множественности описаний какой-то ситуации разными агентами, преследующими разные цели. Но системное мышление конкретизирует, какие именно описания надо обязательно сделать, какие описания будут основными — хотя системное мышление признаёт, что разных видов описаний надо делать больше, чем основных.

На сегодня системное мышление выделяет четыре основных вида описаний, которые отражают четыре основных способа деления системы на части. Для каждого получаемого разными способами разбиения на части набора частей системы делают разные описания/view, современное системное мышление делает обязательными четыре таких вида описаний и в тренде пятое. Для каждого вида частей делается, конечно, множество разных описаний:

1. Функциональные: на основе частей, полученных функциональной декомпозицией (разбиением на функциональные части/роли по отношениям часть-целое, именно такое функциональное разбиение/breakdown чаще всего называют системным разбиением, тут особое использование слова «системный», указывающее на важность выполнения функции системы в её влиянии на объекты окружения, для интеллектуальных агентов-создателей — это влияние работ метода/сервиса на внешние по отношению к создателю предметы метода). Функциональное описание делается для времени работы/эксплуатации/функционирования/операций системы (описание «как работает», времени использования).

2. Конструктивные, иногда говорят структурные, не менее часто — продуктовые, чуть реже — продуктные, изредка — материальные. Эти описания делаются для частей, выделяемых как конструктивные/материальные объекты путём структурной/модульной/продуктовой декомпозиции (часто также говорят не о разбиении/breakdown/декомпозиции/decomposition, а об обратном разбиению действии — синтезе/сборке из частей, устойчивое словосочетание тут — модульный синтез, ибо конструктивную часть часто называют модулем). Конструктивные описания делаются для времени создания системы, это описание «из чего и как собрано».

3. Пространственные/размещения: как мест в пространстве (обычно именно в пространстве, но мы бы рекомендовали говорить сразу о пространстве-времени), где размещаются/locate/allocate части системы (где во Вселенной находятся пространственные части системы, полученные пространственным разбиением). Иногда такие описания называют «компоновкой». Эти описания позволяют однозначно договориться о том, какой объект обсуждается: в 4D экстенсионализме важно, что как бы ни были разны описания, если они относятся к одному и тому же месту/размещению в пространстве-времени, то это описания одного и того же объекта.

4. Стоимостные/затратные (на что потребуется потратить деньги и иные ресурсы, cost). Тут сразу идёт речь о total cost of ownership/совокупной/полной стоимости владения¹. Это проявление уже второго поколения системного мышления, которое занялось не только целевой системой в её окружении, как это было в первом поколении, но и создателями, организованными в граф по отношениям создания и развития друг друга и в конечном итоге создания и развития целевой системы. Стоимостные описания затрагивают как целевую систему в момент эксплуатации (сколько стоит эксплуатировать систему), так и затраты на создателей во время создания целевой системы (сколько стоит её изготовить: или купить у создателей целиком, или закупить сырьё и заплатить создателям за работы по созданию).

5. Работы: тут только тренд, ещё нет отражённого в стандартах и моделерах консенсуса, но это довольно мощный тренд. Окончательно смотрим на граф создателей и работы этих создателей — и пишем описание этих работ, это обычно называют work breakdown structure, структура разбиения работ. Обратите внимание, что это именно работы (как они понимаются даже не в процессном управлении, а в проектном управлении).

Это только основные описания, в проектах подобных описаний много больше. Например, описание работ в ряду основных описаний пока только «кандидат», а описания методов работ в основных описаниях пока нет, но мы вполне можем ожидать их появления — и в руководстве по методологии мы приводим стандарты описания методов работ, прежде всего OMG Essence. Конечно, если у вас есть какие-то работы проекта, то перед тем, как описывать работы, вы должны понимать, какими методами эти работы ведутся — начиная с общего описания метода создания и развития системы. Руководство по методологии как раз наставляет по этому вопросу.

Основные, равно как и все остальные виды описаний системы в жизни в чистом виде практически никогда не встречаются, чаще всего они гибридны, и это понятно: все эти описания должны как-то биться друг с другом, быть согласованными между собой, не противоречить друг другу — и для этого гибридные описания как раз хорошо приспособлены.

Четыре основных (по факту — обязательных/нормативных/предписанных) вида описания системы за последние тридцать лет в системном подходе стали основными в большинстве его вариантов. Четвёртое, стоимостное разбиение в числе обязательных появилось только недавно, это понимание пришло в инженерных проектах последнего десятка лет. Пятое (работы) только обсуждается, а методы работы создателей описываются повсеместно, но вот в стандартах пока представлены недостаточно, чтобы их считать обязательными.

Все эти разные виды основных описаний опираются на описание системы в терминах частей, полученных разными видами разбиений/декомпозиции. Ошибка — считать, что системные описания это и есть описания разбиений, то есть описание деревьев разных (функциональных, конструктивных, мест, стоимостных) объектов, выстроенных по отношениям «часть-целое».

Описания разбиений (деревья) — это не единственные системные описания! Системные описания тут ровно в той мере, в которой обсуждаются аспекты систем в их разбиении (то, что описывается самыми разными описаниями, берётся из соответствующих разбиений). Например, можно говорить о функциональной декомпозиции системы, но можно обсуждать и функциональную модель как результат 1D-моделирования (в одноразмерных моделях что-то «течёт», поэтому функциональные параметры определяются вдоль этих условных линий потока — электрические, гидравлические цепи, теплоэнергопереносы по трубопроводам, потоки грузов в логистических/поставочных/supply цепях и т.д.). 1D-моделеры часто называют «физическими моделерами», они как раз могут считать токи и напряжения в электрических цепях, напоры и скорости потока в гидравлических системах. Но они, конечно, сложнее представляют системы, чем просто «разбиения».

Разберёмся подробней с breakdowns/разбиениями. Сами эти разбиения, конечно, в реальном мире — все их объекты в реальности, но мы можем говорить ещё и об описаниях разбиений. В быту часто вот эта разница между разбиением «в жизни» как реальными физическими объектами и описанием разбиения как информацией, методом как поведением агента с мастерством и инструментами «в жизни» и описанием метода как информацией о поведении (теорией/дисциплиной/знаниями/объяснениями, в том числе описаниями инструментов), онтологией (какие объекты в жизни, сами объекты) и онтологическими описаниями (как мы описываем объекты в жизни, информация об объектах) утрачивается, и часто говорят об описаниях, используя основной термин «про реальность»: разбиение, метод, онтология там, где надо бы говорить описание разбиения, описание метода, описание онтологии. Говорят «разбиение», без слова «описание», но референт/денотат — не в физическом мире, а какой-нибудь документ с описанием разбиения. Как понять, что имеется в виду — реальный мир, или описание того, что в реальном мире? Только из контекста, а когда уж совсем непонятно, то правильно будет — переспросить.

Вот модификация диаграммы из стандарта IEC 81346-1:2022, иллюстрирующая первые три основных вида описаний, базирующихся на первых трёх основных видах разбиений (на ней ещё нет стоимостного описания, можете представить его как какой-то финансовый расчёт, например, «совокупной стоимости владения», total cost of ownership²):

На рисунке изображены три проектные роли, которых интересуют разные описания системы, они изображены фигурками человечков. Помним, что роли — это только роли: их может играть и один человек, и целые группы людей с их инструментами и оборудованием. На рисунке три разных человека играют три разные роли (но рисунок отражает только три аспекта как пример, даже в IEC 81346-1:2022 этих аспектов пять, ещё «тип» как произвольная группировка по какому-то свойству и «другое», куда входит всё остальное — логистика, стоимостное деление, административное подчинение. Наше стоимостное разбиение по этому стандарту будет в этом «другом» разбиении, other aspects).

Каждая из проектных ролей видит систему разбитой на определённые виды/типы взаимодействующих частей, условно изображённые цветами. Минимально в системном подходе нужно выделить вниманием четыре основных вида/типа частей системы, и на базе этих частей уже строить системные описания:

1. Функциональные/ролевые части (functional elements, но мы переводим elements как «части», ибо элементы не подразумевают дальнейшей делимости, а мы всегда о ней помним; role elements³), обсуждение взаимодействия которых позволяет отвечать на вопрос о том, как работает система, чтобы она выполняла свою функцию/роль в её надсистеме. Это обязательно будет обсуждение времени эксплуатации/работы/операций/использования/службы. На картинке нарисована принципиальная электрическая схема, на которой приведено описание функциональных/ролевых частей системы и их соединений (connectors). Эти функциональные/ролевые части выполняют свою функцию в системе через соединения с другими функциональными частями, меняя своё состояние в ходе работы/функционирования целой системы от этого взаимодействия и меняя состояния других частей.

2. Конструктивы/продукты/модули/«материальные части» (modules, products, components как заказные единицы, сборочные единицы, логистические единицы, конструкты) — этот вид частей позволяет отвечать на вопрос, из чего собрать и как соединить через интерфейсы (interface) конструктивы/модули системы, отвечают на вопрос «как собрать систему», обсуждается время создания. Время эксплуатации, «как работать» по этим разбиениям и созданным на их основе другим описаниям обсуждать нельзя!

3. «Пространственные объекты», места (locations), или размещения (allocations), которые позволяют отвечать на вопрос, где в пространстве на заданный момент времени можно найти части системы, как система скомпонована из своих частей в пространстве. Чаще всего термин «место» даётся для run-time, а термин «размещение» даётся для пространства, определяемого в design-time. Место/размещение тем самым важно для совмещения ролевых и физических объектов в run-time: если оба находятся в одном и том же месте в одно и то же время, то это один и тот же объект, «конструктив реализует/воплощает роль». На картинке для этого разбиения изображены отсеки, в которых ведётся монтаж системы и в которых она затем работает, но из рассмотрений только мест/размещений непонятно — из чего система собрана и как она работает.

4. Стоимостные/затратные части (costs), позволяющие обсуждать издержки/затраты на систему, причём не только на время разработки, но и на время всего создания и развития системы: на материалы, на работы по созданию, на работы и материалы времени эксплуатации, ремонта, модернизации, на работы по уничтожению выводимой из эксплуатации системы, причём с учётом развития системы — речь идёт о многих версиях.

Напомним, про пятое разбиение —работ (work breakdown structure, WBS), но это ещё не полностью закрепилось в инженерной культуре, это только «кандидат в обязательные разбиения». Для каждой целевой системы есть создатель, который ведёт с ней работы (в ходе непрерывного ввода в эксплуатацию разных версий развиваемой системы замысливает, формулирует концепцию использования, проектирует с принятием решений по концепции системы и архитектурных решений, изготавливает с учётом решений по «методам изготовления»/«технологии производства», обосновывает успешность, а затем монтирует в состав системы очередную часть с расширенными возможностями, потом вводит в эксплуатацию и помогает эксплуатировать). Эти все работы нужно как-то учитывать, их тоже нужно как-то проектировать, распределять между подрядчиками. И это делается в каждом проекте. Поэтому разбиение работ по созданию и развитию системы сегодня часто относят к обязательным системным описаниям, но мы пока не стали их включать. Тут даже неважен тот факт, что описание работ относится к описанию не системы, а создателя системы — стоимостное описание тоже в существенной мере затрагивает и стоимость сервисов создателя, так что это просто продолжение тренда на полноценную реализацию идей системного мышления второго поколения, «система не только мыслится всегда как часть надсистемы, но всегда помнится о том, что у неё есть создатели». А ещё помним, что вслед за описанием работ и разбиением работ придётся говорить и об описаниях методов работ и разбиении методов.

Часто считают, что разбиение работ по созданию и развитию системы (а также разбиение методов работы) как-то можно сделать up-front, имея в виду проектное управление и WBS оттуда, но это не так — подробности в руководствах по методологии, системной инженерии, системному менеджменту. В любом случае, разбиение работ — это уже описание не столько целевой системы, сколько системы создания (работает система создания, эту работу и описываем), хотя каждая работа имеет чёткую привязку к методу работы и предмету этого метода: какой-то важной части целевой системы, которую надо привести в нужное состояние. А ещё ведь работы по созданию инструментария, по созданию создателей — их надо бы тоже учесть по всему графу создателей! Но подождём, пока это пятое описание не станет окончательно общепринятым. А сейчас это только тренд.

Даже стоимостные части, которые появились относительно недавно как полноценный объект описания системы, уже не совсем про целевую систему (ибо затрагивают как стоимость материала/сырья, так и стоимость работы создателя, а также расходы на поддержание работоспособности целевой системы во время эксплуатации — и надо ещё договориться, как это всё рассчитывать).

Всё это выделенные в соответствии с разными ролевыми интересами части одной и той же целой системы, изображённой кубиком с цветными гранями — и каждая роль получает возможность обсуждать свой предмет интереса/важную характеристику по удобно устроенному для этого описанию:

• Интересующийся «как работает» получает обычно принципиальную/функциональную/потоковую схему с соединениями функциональных/ролевых частей (хотя сейчас вместо диаграммной нотации всё чаще предпочитают использовать иные представления, например, описание физической системы в виде системы дифференциальных уравнений на каком-то языке моделирования⁴),

• интересующийся «из каких продуктов собрать» получает описание конструкции: материальных продуктов/модулей и их интерфейсов друг ко другу,

• интересующийся «где найти, куда положить/доставить/установить» получает описание мест, где расположена система, компоновку,

• не изображённый на картинке интересующийся «сколько это стоит» получает описание того, во сколько обойдётся работа с системой. В последние несколько лет принято считать описания совокупной стоимости владения необходимыми, хотя в стандарт эти описания ещё не попали.

• И ещё есть тоже не изображённый на картинке интересующийся WBS/« какие с этим проводятся работы». Про методы работы мы и не говорим, но это по факту тоже описывают.

• … и таких интересующихся разными аспектами/вариантами разбиений на части много, это изображён был только самый минимум описаний. И описания ещё и гибридны!

Системные уровни определяются по главному в системном мышлении разбиению — функциональному! Поэтому функциональное разбиение часто называют системным разбиением/system breakdown structure. А остальные разбиения? Они «просто» разбиения/breakdowns.

В принципе, эта терминология «системного разбиения» (как только функционального) не всегда соблюдается. Сама система чаще всего одновременно и функциональная часть надсистемы, и конструктивная часть этой же надсистемы (функциональные части в девяти случаях из десяти реализуются/воплощаются конструктивной частью, проблемы будут с одним случаем из десяти, мы дальше с этим разберёмся подробней), и занимает в этой надсистеме какое-то компоновочное место, и требует каких-то на неё затрат и выполнения над собой каких-то работ. В какой-то мере любое из основных разбиений системно. Но в инженерии обычно если и говорят о системном разбиении и системных уровнях, то это именно функциональное разбиение, а не конструктивное, пространственное или стоимостное.

Мы сознательно в предыдущем абзаце говорим о том, что система — часть надсистемы, а не разбиваем систему на части-подсистемы. Основной ход системного мышления — от системы как части к надсистеме как целому. Но рассуждение такое можно провести на любом системном уровне (рекурсивно), в том числе и для подсистем, и под-подсистем, и надсистем, и над-надсистем.

Когда говорим о частях системы, не лишне будет уточнить, это части по какому из разбиений: из основных (функциональное, конструктивное, размещения, стоимостное) или каких-то других (работ по созданию, очередности изготовления, последовательности сборки, экологичности и т.д. — их множество самых разных!). Если в описании несколько видов частей (гибридное описание, они встречаются чаще всего), то надо, чтобы вы в этих гибридах понимали, какие разбиения там описаны, а каких разбиений не хватает.